空气热湿处理过程有效性分析(2)

而室内热源温度低于室外环境温度时，可在室内热源与室外环境之间构建卡诺循环，如图4所示：To为室外环境温度，TAi为室内空气温度，QAi为室内总余热量，

Wi为耗功。

图4除热卡诺循环

系统的理想排余热效率为：

hTAi

理想排余热＝

To-TAi

（5）制冷机的理想效率为：

hT蒸发

卡诺制冷机＝

（6）

T冷凝-T蒸发

假定室内外温度分别为26℃、35℃273+，由式（526

）知

排除余热的理想循环效率为：h理想排余热＝2℃35-26

=33.2。空调系统蒸发温度Tc为、冷凝温度Tk为40℃

时，由式（6）知制冷机的理想效率为：h273＋2

卡诺制冷机40-2

＝7.2。为了比较系统的实际性能与理想效率的差距，

定

第30卷第6期赵立红等：空气热湿处理过程有效性分析·71·

义实际效率与卡诺循环效率的比值为有效度y：

gh实际制冷机

系统＝

h´100%

（7）卡诺制冷机

g＝h

实际制冷机制冷机h´100%

理想排余热

（8）

假定实际制冷机的性能系数COP值为5，则在蒸

发温度和冷凝温度分别为2℃、40℃时，与卡诺制冷机

效率相比，由式（7）得系统有效度为：g5

系统7.2

´100%＝69.4%；由式（8）得整个空调系统接近排余热卡诺循环的有效度为：

g制冷机

＝

5

33.2

´100％＝15.1%。从以上计算分析得知，当制冷机的性能系数COP

值为5时，

在2/40℃的蒸发/冷凝温度下，实际制冷装置的有效度为69.4%，接近卡诺循环的效率；

但是整个系统的排除余热的效率却很低，仅为15.1%。造成系统排除余热有效度低的主要原因在于，

一是系统传热环节多，传热过程至少包括图5所示四个环节的传热温差；二是系统的蒸发温度太低。采用表冷器对空气进行热湿处理时，空调系统为了除湿，

通常将空气处理到低于空气露点温度，如图2中过程（1原4）。而事实上，当室内温度为26℃，相对湿度为60%，此时露点温

度约为17.6℃，空调除热除湿的任务可以看成是从26℃环境中向外界抽取热量，在17.6℃的露点温度环境下向外界抽取水分。如果考虑传热和介质的输送过程中产生的10℃温差，当空调送风仅需要满足室内排热的要求时，冷源的温度只需要15耀18℃；当空调送风需要满足室内排湿的要求，冷源的温度需要低于室内的露点温度，需要7.6℃的冷源温度，制冷系统的蒸发温度相应降低到2℃。冷却除湿空调系统中，根据余热能量品质的高低，采用分级主动除湿的方法，具有提高蒸发温度的巨大潜力，对提高制冷系统的除热有效度、提高能量利用效率具有实际意义。

冷冻水供回水温差空气输送温差

蒸发器传热温差 空气-冷水温差

图5空调系统传热温差

3.2控制温湿度的有效途径

针对采用冷却除湿的热湿联合处理方式能量利用率低的弊端，国内外对分级除湿的方法有很多研究，

开发了不同的热湿处理方法[6~8]。结合冷却除湿和转轮除湿的特点，利用主动除湿转轮和冷却除湿复合除湿的方式分级去除湿负荷，

是可行的解决途径[8~10]

。研究表明[9~10]，露点温度要求低于4.5℃时，

热力再生干燥剂除湿与常规的冷却除湿相比具有寿命周期成本低的优势，而露点温度高于7.2℃时，冷却除湿一般比干燥除湿要好，因为初投资低、简单、寿命更加长，运行费用接近或低于后者。在高湿工况下，除湿转轮具有较高的除湿效率，低温高湿更加经济。根据余热能量品质的高低，采用分级主动除湿的方法，采用冷却除湿设备进行预处理，工作于露点温度较高的区间，降温并承担部分湿负荷；采用转轮分级工作于低露点区间，承担大部分湿负荷。

4结论

通过对建筑空间热湿控制规律和影响湿度控制的

因素的分析，可以得出如下结论：

1）为了有效控制室内的温湿度，HVAC系统的总处理能力要大于或者等于建筑的总负荷，

而且，应使空气处理设备的SCR值与建筑空间的SHR值相适应。2）降低露点温度使冷却除湿设备达到极限SCR值时，相应的制冷系统性能系数降低；增加表冷器排数降低设备SCR值的方法，往往将空气处理到低于控制温度，需要消耗再热量调节湿度，降低空气热湿处理过程的能源利用效率。

3）在2℃/40℃的蒸发/冷凝温度下，实际制冷装置的有效度比较高，接近卡诺循环的效率，但是整个系统排除余热的效率还是非常低，根据余热能量品质的高低，采用分级主动除湿的方法，将主动除湿转轮和冷却复合除湿的方式分级去除湿负荷，是一种可行的解决途径。参考文献

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